Neuromuscular fatigue and gait responses to running at and above critical speed

私たちが走る時、私たちの体は、脳の動けという指令と、筋肉がそれに従う能力との間の複雑な交渉に従事しています。ランナーがより強く追い込んだり、より長く走り続けたりすると、筋肉は疲れ始めます。科学者が神経筋疲労と呼ぶ状態です。これは単に体が重く感じるということではありません。筋肉が生成できる力の測定可能な低下であり、神経系が筋肉に働きかける方法の変化なのです。動き続けるために、体はしばンドランニングスタイル、すなわち歩法（ゲイト）を変化させます。例えば、より短く素早いステップを取ったり、痛む筋肉を保護するために着地方法を変えたりすることです。何十年もの間、研究者たちはこれら二つのこと、つまり筋肉の疲労とランニングスタイルの変化を別々に研究してきました。彼らは、筋肉の疲れが直接的にランナーのストライド（歩幅や歩調）の変化を引き起こすのか、それともこれらが独立して起こるのかどうかを長年疑問に思ってきました。この関連性を理解することは、なぜ一部のランナーはフォームが崩れ、他のランナーはフォームを維持できるのか、そして体が異なるレベルの負荷に対してどのように適応するのかを説明する助けとなるため、その答えは重要です。

ある研究チームは、レクリエーションランナーが脚を限界まで追い込んだ際に、どのようにストライドを変化させるかを観察することで、このパズルを解こうと試みました。彼らは「クリティカルスピード（臨界速度）」と呼ばれる特定の概念に焦点を当てました。これは生理学的な境界線として機能します。この速度以下で走る場合、体はエネルギー消費と疲労の蓄積がバランスの取れた定常状態を見つけることができます。しかし、この速度を超えて走ると、そのバランスが崩れ、疲労がはるかに速く蓄積します。研究者たちは、筋肉の疲れとストライドの変化の関係が、このクリティカルな閾値の下にある場合と上にある場合で異なって見えるかどうかを確認したいと考えました。これを知るために、彼らは15人の健康な成人を募集し、特殊な非電動トレッドミルを使用させて走らせました。足の下にベルトを引き寄せる標準的なトレッドミルとは異なり、このマシンはランナー自身がベルトを引く必要があり、これが向かい風の中を走る様子を模した独特の抵抗を生み出します。ランナーは2つのセッションを行いました。一つはクリティカルスピードで限界まで走り続けるセッション、もう一つは、その速度よりも10パーセント速い速度で疲労困憊するまで走るセッションです。走る前と直後に、科学者たちはランナーの大腿部の筋力を測定し、足首に取り付けたセンサーを用いてストライドのパターンを分析しました。

結果は、体による疲労への反応は単一で一様な反応ではなく、ランナーがどの程度の強度で動いているかに大きく依存することを明らかにしました。両方のセッションにおいて、ランştナーの筋肉には明らかな疲労の兆候が見られました。最大筋力は低下し、神経系の筋肉を完全に活性化させる能力も減少し、筋肉が収縮してパワーを生み出す速度も低下しました。しかし、この疲労に対処するためのランニングスタイルの変化の仕方は、二つの速度間で著しく異なっていました。ランナーがクリティカルスピードよりも10パーセント速く走らされたとき、疲労によってステップの頻度が低下し、ストライドが長くなりました。これは、高強度の時には、体が前進するための推進力を維持することを優先しており、おそらくは、より深く前傾したり、一歩ごとに強く押し出したりすることで、トレッドミルの抵抗を克服しようとしていることを示唆しています。対照的に、ランナーがクリティカルスピードで走っていたとき、関係性は逆転しました。ここでは、筋肉が弱くなるにつれて、彼らもステップの頻度を下げましたが、この筋肉の弱さとステップ頻度の関連性の強さは、速い走行時とは異なっていました。これは、より低く持続可能な強度においては、体はエネルギーを節約するか、あるいはそのペースにおける脚への特定のストレスを管理するために、異なる戦略を採用していることを示しています。

また、この研究は、筋肉の弱さとストライドの変化の間のつながりが、単純で直接的な線ではないことも明らかにしました。研究者たちは、筋肉が力を生成する速度が、足が地面に接地している時間および空中にいる時間に結びついていることを発見しました。筋肉の収縮が遅くなると、ランナーは足が地面に接している時間が長くなり、空中にいる時間が短くなる傾向がありました。この調整は、筋肉が素早く反応するのに苦労しているときに、ランナーがバランスと推進力を維持するのを助けていると考えられます。データは、これらの変化がランダムではないことを示しました。筋肉の疲労の程度は、研究者が走行の強度を考慮に入れた場合にのみ、ストライドの変化の程度を予測できました。この研究は、ランナーが疲れると常に特定の「保護的」なパターン（例えば、より素早いステップを取るなど）に切り替わるという古い考えに異を唱えています。むしろ、体は非常に適応力が高く、速度や経験している疲労の種類に応じた特定の要求に適合する歩法戦略を選択していることを示唆しています。同じ筋肉の疲労であっても、速度によって正反対のランニングスタイルの変化をもたらし得ることを示すことで、この研究は、私たちの疲れた筋肉と動く脚との間の複雑なダンスのより明確な姿を描き出し、体の疲労に対する反応が、単なる減速よりもはるかに微細でニュアンスに富んだものであることを思い出させてくれます。